Выводы. 5 страница

Рабочая зона печи по бокам и с обоих торцов окружена 6-ю зигзагообразными нагревателями из вольфрамового прутка диаметром 6 мм, образующими однофазную систему из двух параллельно включенных групп.

Отогнутые концы боковых нагревателей проходят через отверстия в экранах и вставляются в отверстия молибденовых переходных втулок, ввернутых в медные пластины токоподводов. Под действием собственного веса нагреватель удерживается на листе и между ним и токоподводом образуется электрический точечный контакт. Такой способ установки нагревателей облегчает монтаж и ремонт печи.

Торцевые нагреватели выполнены поворотными для обеспечения установки садки в камеру. В поднятом положении они фиксируются специальными крючками, установленными на каркасе бокового экрана.

Операции загрузки – выгрузки садки могут производиться с обоих торцов нагревательной камеры.

Блок вакуумный, служащий основанием для крепления нагревательной камеры, смонтирован на раме и состоит из диффузионного паромасляного насоса, двух механических насосов, вакуумного затвора с электромеханическим приводом, вакуумных вентилей, натекателей, вакуумных датчиков типа ПМТ-2 и ПМИ-2.

Система водоохлаждения состоит из коллектора, сливной воронки, рубашек охлаждения, элементов конструкции печи и диффузионного насоса, соединительных резино – тканиевых шлангов, закрепленных на штуцерах элементов системы водоохлаждения бандажами.

Система разделена на 3 цепи охлаждения, в каждой из которых водоохлаждаемыми элементами соединены последовательно:

а) диффузионный насос;

б) 6 токоподводов и охладитель;

в) корпус и 2 крышки нагревательной камеры.

На коллекторе имеются: общий запорный вентиль, 3 вентиля цепей охлаждения, манометр для контроля давления воды на входе системы водоохлаждения.

На сливной воронке смонтированы 3 струйные реле, с помощью которых осуществляется контроль за работой каждой цепи охлаждения, необходимый для блокировки и сигнализации о нарушении охлаждения. Для нормальной работы системы водоохлаждения давление на коллекторе должно быть 0,25-0,3 МПа (2,5 – 3 кг/см²).

Для обеспечения паспортных характеристик диффузионного насоса температура входящей воды должна быть не более 20 °С. Для других узлов электропечи она может быть и выше, но при любых условиях температура воды на выходе не должна превышать 45 °С. Регулирование расхода воды и, следовательно, температуры выходящей воды осуществляется вручную с помощью вентилей коллектора.

Питание нагревателя осуществляется от однофазного печного трансформатора, установленного на раме печи и закрытого съемным защитным кожухом.

На перемычке, соединяющей обмотки низкого напряжения трансформатора, установлен шинный трансформатор тока, входящий в систему контроля тока нагревателя.

В отдельно стоящем щите управления смонтированы регулятор напряжения, система регулирования теплового режима, аппаратура управления вакуумной системой, система световой и звуковой сигнализации, контрольно – измерительные приборы.

Регулирование теплового режима осуществляется путем изменения подводимого к нагревателю напряжения с помощью тиристорного регулятора напряжения, включенного в первичную обмотку печного трансформатора.

Система регулирования температуры обеспечивает:

а) ручное управление;

б) автоматическое поддержание режима на заданном уровне;

в) программное управление режимом.

Замер температуры осуществляется автоматическим потенциометром, датчиком которого является вольфрамрениевая термопара, установленная в нагревательной камере.

Измерение остаточного давления производится вакуумметром. Датчик вакуумметра – термопарные и ионизационные преобразователи ПМТ-2 и ПМИ-2 – установлены на корпусе нагревательной камеры и вакуумном блоке. Переключение датчиков производится путем переноса штатных фишек вакуумметра.

Контроль электрических параметров (тока и мощности нагревателя) осуществляется с помощью амперметра и ваттметра.

Система сигнализации состоит из световой и звуковой сигнализации. В световую сигнализацию входят сигнальные лампы и световые табло, которые показывают:

– включение и выключение насосов;

– открытие и закрытие вакуумного затвора;

– нарушение водоохлаждения в каждой из цепей;

– включение нагрева;

– перегрузку нагревателя по току;

– превышение заданного давления газа;

– превышение заданной температуры;

– отключение звуковой сигнализации (съем сигнала).

Звуковая сигнализация включается при нарушении нормальной работы печи одновременно с соответствующей световой.

После срабатывания звуковой сигнал может быть отключен нажатием кнопки «съем сигнала», а световое табло продолжает гореть до устранения причины нарушения нормальной работы печи.

3. МАТЕРИЛЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

Оборудование

1. Электропечь СНВЭ 1.3.1/16-ИЗ.

4. ПРОГРАММА РАБОТЫ

1. Изучить общее устройство вакуумной печи СНВЭ-1.3.1/16-И3.

2. Замерить размеры рабочей камеры внутри водоохлаждаемого корпуса.

3. Нарисовать эскиз рабочей камеры и вычислить ее объем (внутри водоохлаждаемого корпуса).

4. Вычислить долю полезного объема рабочей камеры.

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Цель работы.

2. Программа работы.

3. Техническая характеристика электропечи СНВЭ – 1.3.1/16-ИЗ.

4. Эскиз рабочей камеры со спецификацией.

5. Расчет полного внутреннего объема рабочей камеры внутри водоохлаждаемого корпуса.

6. Расчет доли полезного объема рабочей камеры.

7. Вывод.

6. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Что называется вакуумной печью с экранной теплоизоляцией?

2. Назовите основные узлы вакуумной печи и их роль в функционировании установки?

3. За счет чего осуществляется нагрев садки?

4. Какие материалы используются при конструировании нагревательной камеры?

5. Для чего необходимо водоохлаждение стенок нагревательной камеры?

6. Что обеспечивает применение металлических нагревателей, тепловых экранов и водоохлаждаемого корпуса нагревательной камеры?

7. Как классифицируются вакуумные печи по способу получения в нагревательной камере необходимого остаточного давления?

8. Назовите общий недостаток вакуумных печей и предложите способ его нейтрализации.

9. Расшифруйте индексацию печи марки СНВЭ-1.3.1/16-ИЗ.

10. Назначение и техническая характеристика печи СНВЭ-1.3.1/16-ИЗ.

Лабораторная работа № 13

ИЗУЧЕНИЕ ВАКУУМНОЙ СИСТЕМЫ ПЕЧИ

С ЭКРАННОЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЕЙ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить конструкцию вакуумной системы, устройство и принцип работы высоковакуумного паромасляного насоса и вакуумного механического насоса, особенности эксплуатации и порядок работы вакуумной системы; произвести контрольную откачку нагревательной камеры, определить натекание и возможность осуществления нагрева.

2. ВАКУУМНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПЕЧИ СНВЭ – 1.3.1/16-ИЗ

К вакуумной системе относятся: нагревательная камера, вакуумные насосы, трубопроводы, вакуумный затвор, вентили, натекатели и датчики приборов для измерения вакуума (рис. 3.25).

Рис. 3.25. Схема вакуумной системы электропечи СНВЭ – 1.3.1\16-ИЗ

Первым основным требованием, которому должна удовлетворять каждая вакуумная система, является возможность получения оптимального давления в откачиваемом объеме. Под оптимальной величиной рабочего вакуума понимают такое остаточное давление, при котором обеспечиваются одновременно требуемые свойства обрабатываемых изделий и длительная работа нагревателей и экранов печи. Верхний предел остаточного давления при подъеме температуры печи определяется условиями длительной работы нагревательных элементов. Нижний предел остаточного давления выбирают исходя из требований термообработки изделий и экономических соображений: чем ниже требуемое остаточное давление, тем дороже вакуумная установка, тем меньше ее производительность и сложнее эксплуатация. В данной печи задан нижний предел остаточного давления (в холодном состоянии) – 5·10^{-5 мм рт. ст., верхний предел – 1∙10-3 мм рт. ст.}

Вторым основным требованием является возможность получения требуемой быстроты откачки объема S₀, которая равна:

S₀= ,

где – суммарный поток газа, поступающий в вакуумную систему печи

(определяется расчетным путем);

P – заданное остаточное давление.

Быстрота откачки для вакуумных систем S₀ обычно должна быть в 2 раза меньше быстроты откачки насоса S_н.

Исходя из выполнения указанных условий для данной печи, в качестве основного насоса выбран паромасляный диффузионный насос Н-250/2500.

Техническая характеристика насоса Н-250/2500

1. Быстрота действия в диапазоне давлений

от 1,3∙10^-3 до 1,3∙10^-1 Па (от 1∙10^-5 до 1∙10^{-3 мм рт. ст.), л/с 2150±250}

2. Предельное остаточное давление, Па (мм рт. ст.) 1∙10^-3 (1∙10^-5)

3. Наибольшее выпускное давление, Па (мм рт. ст.) 26,6 (0,2)

4. Количество масла ВМ-1 или ВМ-5, заливаемого в насос, л 0,55

5. Потребляемая мощность, кВт 2

6. Напряжение сети, В 380

7. Габаритные размеры, мм 705×330×588

8. Масса, кг 31,5

Рис. 3.26. Схема насоса Н-250, Н-400:

1 – фланец входной; 2,13 – заглушка; 3,14 – прокладка; 4 – маслоотражатель; 5 – устройство заземления; 6 – корпус; 7 – паропровод; 8 – сопло эжекторное; 9 – дно; 10 – нагреватель;

11 – узел эжекторный; 12 – фланец выходной; 15 – обечайка; 16 – спираль

На рис. 3.26 показана схема насоса Н-250/2500. Насос состоит из корпуса (6), паропровода (7), маслоотражателя (4) и нагревателя (10). Корпус (6) выполнен в виде цилиндрической обечайки (15), к которой приварены входной фланец (1), дно (9) с фракционирующими кольцами и эжекторный узел (11) с выходным фланцем (12). С наружной стороны обечайки (15) и эжекторного узла (11) навита трубка водяного охлаждения насоса. Паропровод представляет собой разборную осесимметричную конструкцию, выполненную из специально профилированных деталей из алюминиевого сплава. Паропровод – трехступенчатый. Две ступени имеют сопла зонтичного типа, одна – осесимметричное сопло. Маслоотражатель (4) представляет собой конструкцию, состоящую из фланца, в центре которого размещен колпак с напаянной на него трубкой водяного охлаждения. На фланце приварены трубки подвода и отвода охлаждающей воды. Нагреватель (10) – открытого типа, состоит из металлического корпуса, в который уложено керамическое основание с нагревательными элементами, выполненными в виде спирали из нихромовой проволоки. После подачи напряжения на нагреватель масло, залитое в корпус (6), закипает. Образующийся пар по паропроводящим трубкам паропровода поступает в щелевые зазоры А, Б и эжекторное сопло (8), из которых истекает со сверхзвуковой скоростью, захватывая и увлекая поступающий через входной фланец газ в сторону выходного фланца. Пары масла, истекающие из щелевых зазоров А, Б и эжекторного сопла, попадая на охлаждаемые водой стенки корпуса, конденсируются; конденсат стекает на дно корпуса, а газ через выходной фланец откачивается механическим насосом. Зонтичная струя пара разделяет области низкого входного давления Р_вх и более высокого выходного давления Р_вых, однако большого перепада давлений струя выдержать не может, поэтому выходной фланец должен откачиваться механическим насосом. Поскольку оба насоса прокачивают один и тот же поток газа, их параметры должны удовлетворять условию:

(Р_вх∙S)_п.н.=( Р_вых∙S)_м.н.

Быстроту откачки S для каждого насоса берут при их входном давлении, кроме того, очевидно . Например, для паромасляного насоса Н-250\2500 с быстротой откачки S_п.н.=2150 л/с при перепаде давлений на нем 10^-2 – 10^{-5 мм рт. ст. следует использовать механический вакуумный насос с} S_м.н.=2,15 л/с.

В качестве такого насоса использован пластинчато – роторный насос 2НВР-5ДМ (рис. 3.27).

Насос двухступенчатый. Состоит из роторов 10 и 16, цилиндров 6 и 8, входного и выходного патрубков 9 и 7, пластин 11 и 15, крышек 12, 1З и 14, корпуса 4, электродвигателя 1, муфты 2, стойки З, масляного фильтра 5, газобалластного 17 и механического 18 устройств.

Ротор 10, пластины 11, цилиндр 6 и крышки 13 и 14 образуют 1-ю ступень, а ротор 16, пластины 15, цилиндр 8 и крышки 12 и 13 – 2-ю ступень. Каждая пара пластин в роторах прижимается к цилиндрам пружинами.

Газобалластное устройство предназначено для предотвращения конденсации паров при откачке парогазовых смесей. Механическое устройство служит для автоматического отсечения откачиваемого объема при отключении питающей сети.

Насос представляет собой монолитную конструкцию, смонтированную на стойке, с одной стороны которой укреплен электродвигатель, с другой – насос.

Принцип действия насоса основан на механическом всасывании газа вследствие периодического изменения объема рабочей камеры, образуемой цилиндром, ротором и пластинами. В процессе работы зазоры в роторном механизме уплотняются рабочей жидкостью насоса – маслом (ВМ-1, ВМ-4, ВМ-5 и др.), благодаря чему обратное перетекание газа с выхода на вход становится ничтожно малым. Одновременно масло обеспечивает смазку и частичное охлаждение насоса.

Предельный вакуум механических насосов складывается из давлений продуктов масла и парциального давления остаточных газов воздуха. Для улучшения предельного вакуума насосы выполняются с двумя последовательными ступенями откачки на одном валу.

Техническая характеристика насоса 2 НВР-5ДМ

1. Быстрота действия насоса в диапазоне давлений

на входе от атмосферного до 130 Па (1 мм рт. ст.), л/с 5

2. Предельное остаточное давление, Па (мм рт. ст.)

парциальное без газобалласта 1,3∙10^-2 (1∙10^-4)

полное с газобалластом 2,6 (2∙10^-2)

полное без газобалласта 6,7∙10^-1 (5∙10^-3)

3. Количество масла, заливаемого в насос, л 1,5

4. Давление паров воды на входе

в насос, Па (мм рт. ст.), не более 2700 (20)

5. Частота вращения ротора, об/мин 1400

6. Мощность электродвигателя, кВт 0,55

7. Напряжение сети, В 380

8. Габаритные размеры, мм 540×160×275

9. Масса (без масла), кг 30

Рис. 3.27. Вакуумный механический пластинчато-роторный насос 2НВР-5ДМ

Для повышения надежности и быстроты откачки в данной вакуумной системе использованы 2 насоса 2НВР-5ДМ (рис. 3.25, 1ВН и 2ВН).

Соединение насосов между собой и с откачиваемым объемом, сообщение вакуумной системы с атмосферой осуществляется с помощью трубопроводов и коммутационной аппаратуры (вентили, затворы, натекатели).

Основной вакуумный насос Н250/2500 (рис. 3.25, 1Н) соединен с нагревательной камерой высоковакуумным затвором с электромеханическим приводом (рис. 3.25, 1ЭЗ). Затвор изолирует разогретый высоковакуумный насос от контакта с атмосферой во время загрузки или выгрузки изделий из нагревательной камеры. Поскольку для нормальной работы высоковакуумного насоса необходимо предварительное разряжение в камере печи (0,2∙10^-1 – 5∙10^{-2 мм рт. ст.), имеется линия предварительной откачки камеры печи с вентилем 3ВС и натекателем 1НЛ, к которой также присоединен вентиль 1ВС для подачи в печь инертного газа. Откачка насоса 1Н производится по линии с вентилем 4ВС. Вентили 1ВС и 2ВС отсекают механические насосы 1ВН и 2ВН от вакуумной системы при необходимости их остановки. Натекатель 1НЛ служит для напуска воздуха в камеру печи, а натекатель 2НЛ – для напуска воздуха в насосы 1ВН и 2ВН после их отключения.}

Таблица 3.11

Диаграмма последовательности работы

элементов вакуумной системы (рис. 3.25)

Примечание:+ - насос, затвор, вентили, натекатель – включен (открыт);

— - то же – отключен (закрыт);

- то же – в данной операции не участвует.

3. МАТЕРИАЛЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

Материалы

1. Металлический брусок (медь, сталь).

2. Ацетон.

3. Вата.

Оборудование

1. Электрическая печь СНВЭ – 1.3.1/16-ИЗ.

4. ПРОГРАММА РАБОТЫ

1. Проверить, что все устройства и элементы электропечи обесточены.

2. Через натекатель 1НЛ (рис. 3.25) напустить воздух в корпус печи, предварительно ослабив болты крышки корпуса.

3. Сбросить накидные болты, открыть крышку, снять торцевой экран, повернуть торцевой нагреватель и зафиксировать его в поднятом положении.

4. Получить от преподавателя маршрутную технологию пайки опытного образца, комплектующие детали, припой и вспомогательные материалы, произвести согласно маршрутной технологии, операции подготовки поверхностей и пайке, сборки и укладки припоя.

5. Установить подготовленный образец на загрузочный столик. Садка не должна выступать за габариты загрузочного столика. Необходимо исключить возможность ее смещения со столика во время проведения технологического процесса, а также припаивания к столику.

6. Установить торцевые нагреватели в рабочее положение, поставить торцевые экраны и прижать их защелками.

7. Проверить чистоту резиновых уплотнителей и фланцев корпуса, удалить загрязнения и закрыть крышку.

8. Включить цепи управления вакуумной системой.

9. Включить механические насосы и, попеременно, открывая вентили на впускных патрубках насосов, проверить создаваемое ими разряжение.

Примечание: В зависимости от проводимого технологического процесса могут быть задействованы оба механических насоса или один из них. При малых газовыделениях из садки нормальная работа вакуумной системы обеспечивается одним механическим насосом.

10. Открыть вентиль предварительной откачки паромасляного насоса.

11. Подать воду в цепь охлаждения паромасляного насоса и включить его плитку.

12. После разогрева насоса убедиться в его готовности к откачке нагревательной камеры, замерив разряжение, создаваемое паромасляным насосом при работе «на себя».

13. Произвести предварительную откачку камеры нагрева, для чего: закрыть вентиль откачки паромасляного насоса и лишь затем плавно открыть вентиль предварительной откачки камеры. Предварительная откачка камеры производится до достижения разряжения не выше 13,3 Па (1∙10^{-1 мм рт. ст.). Отметить время начала и окончания предварительной откачки.}

Примечание: Во время предварительной откачки камеры паромасляный насос находится под натеканием. Поэтому, если время откачки камеры более 15 минут, во избежание окисления масла паромасляного насоса следует прекратить откачку камеры и на 1 – 2 минуты возобновить откачку насоса. После этого продолжить откачку камеры, как указано выше.

14. Закрыть вентиль откачки камеры, открыть вентиль откачки паромасляного насоса и через 1-2 минуты открыть вакуумный затвор 3ВЭ-250, начав, таким образом высоковакуумную откачку камеры. Отметить время начала откачки.

15. Откачать нагревательную камеру до давления 1,33∙10^-2 Па (1∙10^{-4 мм рт. ст.). Определить время откачки.}

16. Дать количественную оценку степени герметичности нагревательной камеры, для чего определить натекание газа в нее по формуле:

Q_н=(V∙Δp)/τ, (л∙мм рт. ст.)/с,

где Q_н – поток газа, поступающего через неплотности или в результате

газовыделения с внутренних поверхностей камеры нагрева;

V – фактический объем всей нагревательной камеры, считая от

перекрываемого затвора, л;

Δp – величина, на которую возрастает давление в изолированной от

насосов камере за время отсчета (τ, с), мм рт. ст.

Для данной печи нагрев допускается при величине натекания не более 5∙10^-4 (л∙мм рт. ст.)/с При большем натекании необходимо определить причину повышенного натекания и устранить ее (такими причинами могут быть наличие влаги в камере, плохая работа насосов, нарушение герметичности вакуумных уплотнений).

17. Включаем нагреватель и производим нагрев изделия до 900 °С, измеряя температуру через каждые 10 минут.

18. После завершения нагрева, выключаем нагреватель и охлаждаем до 100 °С камеру с изделием.

19. Выключаем диффузионный насос после его охлаждения до ~80-90 °С.

20. Снимаем напряжение питающей сети и выключаем охлаждение.

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Цель работы.

2. Схема вакуумной системы электрической печи СНВЭ – 1.3.1/16-ИЗ.

3. График зависимости температуры изделия от времени нагрева.

4. Вывод.

6. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Что представляет собой вакуумная система печи СНВЭ – 1.3.1/16-ИЗ?

2. Назовите основные характеристики вакуумных насосов.

3. Что такое предельное остаточное давление насоса и от чего оно зависит?

4. Принцип работы паромасляного диффузионного насоса.

5. Почему нормальная работа диффузионного насоса возможна только в паре с насосом предварительного разряжения?

6. Принцип работы механического пластинчато – роторного вакуумного насоса.

7. Условия выбора и согласования основного и вспомогательного вакуумных насосов, обеспечивающих откачку нагревательной камеры в холодном состоянии до 5∙10^{-5 мм рт. ст.}

8. С помощью каких приборов измеряется остаточное давление в вакуумной системе?

9. Объясните работу вакуумной системы в режиме предварительной откачки диффузионного насоса и камеры, высоковакуумной откачки камеры, порядок напуска воздуха в камеру.

10. Что такое натекание, от чего оно зависит и как определяется экспериментально?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Основная литература

1. Справочник по пайке / под ред. И.Е. Петрунина. – 3-е изд., перераб. и доп. – М. : Машиностроение, 2003. – 480 с.

Дополнительная литература

1. Гржимальский, Л.Л. Технология и оборудование пайки / Л.Л. Гржимальский, И.И. Ильевский. – М. : Машиностроение, 1979. – 240 с.

2. Волков, С.С. Сварка и склеивание полимерных материалов / С.С. Волков. – М. : Химия, 2001. – 376 с.

3. Тюнин, Ю.Н. Сварка пластмасс, пайка и склеивание материалов. Часть 1: Сварка пластмасс / Ю.Н. Тюнин, О.В. Шашкин. – Тольятти : ТГУ, 2007. – 129 с.

4. А.с. № 1551482 (СССР). Способ бесфлюсовой пайки титана и его сплавов с алюминием и его сплавами / Б.Н. Перевезенцев [и др.]. Опубл. в Б.И. – 1990. – № 11.

Приложение 1

ИНСТРУКЦИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ СВАРОЧНОГО АППАРАТА АС-1

1. НАЗНАЧЕНИЕ

Сварочный аппарат АС-1 предназначен для пайки, сварки, резки металлов и стекла в пламени водородно-кислородной смеси с плавной регулировкой поступления кислорода и водорода. Область применения:

– ювелирные работы, стеклодувные и оптические производства, стоматология (пайка и сварка при изготовлении зубных протезов);

– в качестве генератора водорода;

– в качестве генератора кислорода и т.д.

Аппарат предназначен для эксплуатации при следующих климатических условиях:

– в интервале температур от +10 до +35 °С;

– относительной влажности не более 80 % при температуре +25 °С;

– атмосферном давлении 84,0 - 106,7 кПа (630-800 мм рт. ст.).

ВНИМАНИЕ! 1. В АППАРАТЕ ДОЛЖНА ПРИМЕНЯТЬСЯ ТОЛЬКО ДИСТИЛЛИРОВАННАЯ ВОДА, ОТВЕЧАЮЩАЯ ТРЕБОВАНИЯМ ГОСТ 6709-72.

2. НЕ ДОПУСКАЕТСЯ ХРАНЕНИЕ, ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ АППАРАТА ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ НИЖЕ +5 °С.

2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Таблица 1

Технические характеристики

В аппарате предусмотрены световая и звуковая сигнализации и автоматическое отключение электролизера в случаях:

– выработки воды в кислородных баках до отметки MIN^{+20 мм;}

– превышения уровня воды в водородных баках до отметки МАХ_{-20 мм.}

Аппарат по электробезопасности соответствует требованиям класса 1, тип Н по ГОСТ 12.2.025-76.